1、1引言中國(guó)作為世界上最大規(guī)模日勺電力強(qiáng)國(guó)，近年來(lái)大力發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)和智能電 網(wǎng)，電力管理水平和服務(wù)水平不斷得到提高，電力發(fā)展勺戰(zhàn)略規(guī)劃管理、生產(chǎn)運(yùn) 營(yíng)管理、電力市場(chǎng)營(yíng)銷管理以及電力公司信息管理水平、優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平等普遍得 到提高。進(jìn)一步擴(kuò)大了對(duì)外開(kāi)放，積極實(shí)行國(guó)際化戰(zhàn)略。本論文重要環(huán)繞35kV變電站保護(hù)勺整定計(jì)算展開(kāi)分析和討論，應(yīng)用了電力 系統(tǒng)基本常識(shí)并重要進(jìn)行了需要系數(shù)法計(jì)算負(fù)荷、電力網(wǎng)接線方案勺選擇原則、 短路電流勺計(jì)算、變壓器和線路勺繼電保護(hù)配備以及無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)取Ｍ骄唧w 簡(jiǎn)介了主設(shè)備差動(dòng)保護(hù)勺整定算法，電氣主接線勺設(shè)計(jì)、做出短路點(diǎn)勺等效電路 圖，對(duì)設(shè)備保護(hù)進(jìn)行了相應(yīng)勺選擇與校驗(yàn)。通過(guò)比

2、較各個(gè)接線方式勺優(yōu)缺陷，擬 定變電站勺主接線方式。2設(shè)計(jì)目的及內(nèi)容2.1設(shè)計(jì)目的通過(guò)本課程設(shè)計(jì)，鞏固和加深在電力系統(tǒng)基本、電力系統(tǒng)分析和電 力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動(dòng)化妝置課程中所學(xué)勺理論知識(shí)，基本掌握電力系統(tǒng)繼電 保護(hù)設(shè)計(jì)勺一般措施，提高電氣設(shè)計(jì)勺設(shè)計(jì)能力，為此后從事生產(chǎn)和科研工作打 下一定勺基本。2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容規(guī)定根據(jù)所給條件擬定變電所整定繼電保護(hù)設(shè)計(jì)方案，最后按規(guī)定寫(xiě)出設(shè)計(jì) 闡明書(shū)，繪出設(shè)計(jì)圖樣。設(shè)計(jì)根據(jù):2.2.1設(shè)計(jì)基本資料35KV供電系統(tǒng)圖，如圖1所示。系統(tǒng)參數(shù)：電源I短路容量：SIDmax=200MVA；電源II短路容量：SIIDmax=250MVA；供電線路:L1=L2=15km,

3、L3=L4=10km，線路阻抗:XL=0.4Q /km。圖1 35KV系統(tǒng)原理接線圖10KV母線負(fù)荷狀況，見(jiàn)下表:負(fù)荷名稱最大負(fù)荷(Kw)功率因數(shù)回路數(shù)供電方式線路長(zhǎng)度(km)織布廠12000.851架空線8膠木廠11000.851架空線7印染廠14000.852架空線13配電所15000.852架空線15煉鐵廠13000.852架空線1035KV變電所主接線圖，如圖2所示II織 膠 印配 煉 備布木 染2 35KV變電所主接矗 鐵 用B1、B2主變?nèi)萘?、型?hào)為6300kVA之SF1-6300/35型雙卷變壓器，Y-A/11之常規(guī)接線方式，具有帶負(fù)荷調(diào)壓分接頭，可進(jìn)行有載調(diào)壓。其中Uk %=7

4、.5。2.2.2運(yùn)營(yíng)方式運(yùn)營(yíng)方式：以SI、SII全投入運(yùn)營(yíng)，線路L1L4全投。DL1合閘運(yùn)營(yíng)為最大 運(yùn)營(yíng)方式；以SII停運(yùn)，線路L3、L4停運(yùn)，DL1斷開(kāi)運(yùn)營(yíng)為最小運(yùn)營(yíng)方式。已知變電所10KV出線保護(hù)最長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)間為1.5s。3變電所繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置規(guī)劃3.1系統(tǒng)分析及繼電保護(hù)規(guī)定本設(shè)計(jì)35/10KV系統(tǒng)為雙電源35KV單母線分段接線，10KV側(cè)單母線分段接線， 所接負(fù)荷多為化工型，屬一二類負(fù)荷居多。為保證安全供電和電能質(zhì)量，繼電保 護(hù)應(yīng)滿足四項(xiàng)基本規(guī)定，即選擇性、速動(dòng)性、敏捷性和可靠性。選擇性：繼電保護(hù)裝置應(yīng)在也許日勺最社區(qū)間將故障部分從系統(tǒng)中切除，以 保證最大限度地向無(wú)端障部分繼續(xù)供電。迅

5、速性：繼電保護(hù)裝置應(yīng)能以也許勺最短時(shí)限將故障部分或異常工況從系 統(tǒng)中切除或消除。敏捷性：體現(xiàn)繼電保護(hù)裝置反映故障勺能力。一般以敏捷系數(shù)k體現(xiàn)。敏 捷系數(shù)有兩種體現(xiàn)方式，即反映故障參量上升勺保護(hù)敏捷系數(shù)，k=保護(hù)區(qū)內(nèi)金屬 性短路時(shí)故障參量勺最小計(jì)算值/保護(hù)勺動(dòng)作參量;反映故障參量下降勺保護(hù)敏 捷系數(shù),k=保護(hù)勺動(dòng)作參量/保護(hù)區(qū)內(nèi)金屬性短路時(shí)故障參量勺最大計(jì)算值。可靠性：繼電保護(hù)裝置應(yīng)在該動(dòng)作時(shí)可靠地動(dòng)作，即不應(yīng)發(fā)生拒動(dòng)作現(xiàn)象。3.2本系統(tǒng)故障分析3.2.1本設(shè)計(jì)中勺電力系統(tǒng)具有非直接接地勺架空線路及中性點(diǎn)不接地勺電力 變壓器等重要設(shè)備。就線路來(lái)講，故障一般為單相接地、兩相接地和三相接地， 其中單

6、相接地最為常用。3.2.2電力變壓器勺故障，分為外部故障和內(nèi)部故障兩類。變壓器勺外部故障常用勺是高下壓套管及引線故障，它也許引起變壓器出線端 日勺相間短路或引出線碰接外殼。變壓器日勺內(nèi)部故障有相間短路、繞組日勺匝間短路和絕緣損壞。3.2.3變壓器勺不正常運(yùn)營(yíng)過(guò)負(fù)荷、由于外部短路引起勺過(guò)電流、油溫上升及不 容許勺油面下降。3.3 10KV線路繼電保護(hù)裝置根據(jù)線路勺故障類型，按不同勺出線回路數(shù)，設(shè)立相應(yīng)勺繼電保護(hù)裝置如下：3.3.1單回出線保護(hù)：合用于織布廠和膠木廠出線。采用兩段式電流保護(hù)，即電 流速斷保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)。其中電流速斷保護(hù)為主保護(hù)，不帶時(shí)限，0S跳閘。3.3.2雙回路出線保護(hù)：合用于

7、印染廠、配電所和煉鐵廠出線。采用平行雙回線 路橫聯(lián)方向差動(dòng)保護(hù)加電流保護(hù)。其中橫聯(lián)方向差動(dòng)保護(hù)為主保護(hù)。電流保護(hù)作 為橫聯(lián)方向差動(dòng)保護(hù)勺后備保護(hù)。3.4主變壓器繼電保護(hù)裝置設(shè)立變壓器為變電所勺核心設(shè)備，根據(jù)其故障和不正常運(yùn)營(yíng)勺狀況，從反映多種 不同故障勺可靠、迅速、敏捷及提高系統(tǒng)勺安全性出發(fā)，設(shè)立相應(yīng)勺主保護(hù)、異 常運(yùn)營(yíng)保護(hù)和必要勺輔助保護(hù)如下：3.4.1主保護(hù)：瓦斯保護(hù)（以防御變壓器內(nèi)部故障和油面減少）、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)（以防御變壓器繞組、套管和引出線勺相間短路）。3.4.2后備保護(hù)：過(guò)電流保護(hù)（以反映變壓器外部相間故障）、過(guò)負(fù)荷保護(hù)（反 映由于過(guò)負(fù)荷而引起日勺過(guò)電流）。3.4.3異常運(yùn)營(yíng)保護(hù)和

8、必要勺輔助保護(hù)：溫度保護(hù)（以檢測(cè)變壓器勺油溫，避免 變壓器油劣化加速）和冷卻風(fēng)機(jī)自啟動(dòng)（用變壓器一相電流勺70%來(lái)啟動(dòng)冷卻風(fēng) 機(jī)，避免變壓器油溫過(guò)高）。3.5變電所的自動(dòng)裝置3.5.1針對(duì)架空線路勺故障多系雷擊、鳥(niǎo)害、樹(shù)枝或其她飛行物等引起勺瞬時(shí)性 短路，其特點(diǎn)是當(dāng)線路斷路器跳閘而電壓消失后，隨著電弧勺熄滅，短路即自行 消除。若運(yùn)營(yíng)人員試行強(qiáng)送，隨可以恢復(fù)供電，但速度較慢，顧客勺大多設(shè)備（電 動(dòng)機(jī)）已停運(yùn)，這樣就干擾破壞了設(shè)備勺正常工作，因此本設(shè)計(jì)在10KV各出線 上設(shè)立三相自動(dòng)重疊閘裝置（CHZ），即當(dāng)線路斷路器因事故跳閘后，立雖然線 路斷路器自動(dòng)再次重疊閘，以減少因線路瞬時(shí)性短路故障停電所

9、導(dǎo)致勺損失。3.5.2針對(duì)變電所負(fù)荷性質(zhì)，縮短備用電源勺切換時(shí)間，提高供電勺不間斷性， 保證人身設(shè)備勺安全等，本設(shè)計(jì)在35KV母聯(lián)斷路器（DL1 ）及10KV母聯(lián)斷路器（DL8）處裝設(shè)備用電源自動(dòng)投入裝置（BZT）。3.5.3頻率是電能質(zhì)量勺基本指標(biāo)之一,正常狀況下,系統(tǒng)勺頻率應(yīng)保持在50Hz， 運(yùn)營(yíng)頻率和它勺額定值見(jiàn)容許差值限制在0.5Hz內(nèi)，頻率減少會(huì)導(dǎo)致用電公司勺 機(jī)械生長(zhǎng)率下降，產(chǎn)品質(zhì)量減少，更為嚴(yán)重勺是給電力系統(tǒng)工作帶來(lái)危害，而有 功功率勺缺額會(huì)導(dǎo)致頻率勺減少，因此，為保證系統(tǒng)頻率恒定和重要顧客勺生產(chǎn) 穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)10KV出線設(shè)立自動(dòng)頻率減負(fù)荷裝置（ZPJH），按顧客負(fù)荷勺重要性順序

10、切除。3.6本設(shè)計(jì)繼電保護(hù)裝置原理概述10KV線路電流速斷保護(hù)：是根據(jù)短路時(shí)通過(guò)保護(hù)裝置日勺電流來(lái)選擇動(dòng)作 電流日勺，以動(dòng)作電流勺大小來(lái)控制保護(hù)裝置勺保護(hù)范疇；有無(wú)時(shí)限電流速斷和延 時(shí)電流速斷，采用二相二電流繼電器勺不完全星形接線方式，本設(shè)計(jì)選用無(wú)時(shí)限 電流速斷保護(hù)。10KV線路過(guò)電流保護(hù):是運(yùn)用短路時(shí)勺電流比正常運(yùn)營(yíng)時(shí)大勺特性來(lái)鑒 別線路發(fā)生了短路故障，其動(dòng)作勺選擇性由過(guò)電流保護(hù)裝置勺動(dòng)作具有合適勺延 時(shí)來(lái)保證，有定期限過(guò)電流保護(hù)和反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)；本設(shè)計(jì)與電流速斷保護(hù)裝 置共用兩組電流互感器，采用二相二繼電器勺不完全星形接線方式，選用定期限 過(guò)電流保護(hù)，作為電流速斷保護(hù)勺后備保護(hù)，來(lái)切除電

11、流速斷保護(hù)范疇以外勺故 障，其保護(hù)范疇為本線路所有和下段線路勺一部分。3.6.3平行雙回線路橫聯(lián)方向差動(dòng)保護(hù)：是通過(guò)比較兩線路勺電流相位和數(shù)值 相似與否鑒別發(fā)生勺故障；由電流起動(dòng)元件、功率方向元件和出口執(zhí)行元件構(gòu)成， 電流起動(dòng)元件用以判斷線路與否發(fā)生故障，功率方向元件用以判斷哪回線路發(fā)生 故障，雙回線路運(yùn)營(yíng)時(shí)能保證有選擇勺動(dòng)作。該保護(hù)動(dòng)作時(shí)間0S，由于橫聯(lián)保 護(hù)在相繼動(dòng)作區(qū)內(nèi)短路時(shí)，切除故障勺時(shí)間將延長(zhǎng)一倍，故加裝一套三段式電流 保護(hù)，作為后備保護(hù)。3.6.4變壓器瓦斯保護(hù)：是運(yùn)用安裝在變壓器油箱與油枕間勺瓦斯繼電器來(lái)鑒 別變壓器內(nèi)部故障；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，電弧使油及絕緣物分解產(chǎn)氣憤體。

12、 故障輕微時(shí)，油箱內(nèi)氣體緩慢勺產(chǎn)生，氣體上升匯集在繼電器里，使油面下降， 繼電器動(dòng)作，接點(diǎn)閉合，這時(shí)讓其作用于信號(hào)，稱為輕瓦斯保護(hù)；故障嚴(yán)重時(shí)， 油箱內(nèi)產(chǎn)生大量日勺氣體，在該氣體作用下形成強(qiáng)烈日勺油流，沖擊繼電器，使繼電 器動(dòng)作，接點(diǎn)閉合，這時(shí)作用于跳閘并發(fā)信，稱為重瓦斯保護(hù)。3.6.5變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)：是按照循環(huán)電流勺原理構(gòu)成。在變壓器兩側(cè)都裝設(shè) 電流互感器，其二次繞組按環(huán)流原則串聯(lián)，差動(dòng)繼電器并接在回路壁中，在正常 運(yùn)營(yíng)和外部短路時(shí)，二次電流在臂中環(huán)流，使差動(dòng)保護(hù)在正常運(yùn)營(yíng)和外部短路時(shí) 不動(dòng)作，由電流互感器流入繼電器勺電流應(yīng)大小相等，相位相反，使得流過(guò)繼電 器勺電流為零；在變壓器內(nèi)部發(fā)生

13、相間短路時(shí)，從電流互感器流入繼電器勺電流 大小不等，相位相似，使繼電器內(nèi)有電流流過(guò)。但事實(shí)上由于變壓器勺勵(lì)磁涌流、 接線方式及電流互感器誤差等因素勺影響，繼電器中存在不平衡電流，變壓器差 動(dòng)保護(hù)需解決這些問(wèn)題，措施有：靠整定值躲過(guò)不平衡電流米用比例制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)。采用二次諧波制動(dòng)。采用間歇角原理。采用速飽和變流器。本設(shè)計(jì)采用較經(jīng)濟(jì)勺BCH-2型帶有速飽和變流器勺繼電器，以提高保護(hù)裝置 勺勵(lì)磁涌流勺能力。4短路電流的計(jì)算4.1系統(tǒng)的等效電路圖（以標(biāo)幺值記）圖3系統(tǒng)等效電路圖4.2系統(tǒng)基準(zhǔn)參數(shù)選定S100MVA, UB=Uav 即：35kV 側(cè) U37KV, 10kV 側(cè) U10.5KV。4.3阻抗計(jì)算(均為標(biāo)幺值)系統(tǒng)：X1=100/200=0.5X100/250=0.4線路：L1, L2： X=X=lXS/V 2=0.4X 15X 100/372=0.438341 1 B BL3, L4： X X 1S/V 2=0.4X 10X 100/372=0.2925= 6= 3 B B19變壓器：B1, B2： X=X= (U%/100) S/S=0.075X 100/6.3=1.1978 kB4.4短路電流的計(jì)算1）最大運(yùn)營(yíng)方